高压隔离开关改进的必要性及方法的研究
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【摘要】本文论述了高压隔离开关种类、用途、存在问题及改进的必要性，着重介绍了隔离开关创新改进的措施及实例---一种带有永磁的交流高压隔离开关：在静触头的绝缘支柱上安装永久磁铁，在动触头上安装供与永磁铁吸合的吸片。所述绝缘支柱采用环氧树脂浇注而成，永磁铁包覆在环氧树脂中。此结构使分合顺畅，杜绝原设计采用拉钩的方式固定而产生生锈卡死的现象产生。
引言
在现今社会中，电力系统是否能安全运行，直接影响到经济效益、社会效益、人民财产安全等，而交流高压隔离开关在电力系统运行中存在着较高的事故率。究其原因，主要是因为目前现有的交流高压隔离开关结构不合理所致。比如，现有交流高压隔离开关的动触头与静触头在合闸后是靠反扣装置定位，反扣装置容易出现生锈、卡死现象，而不能脱扣，就直接影响了电力系统的正常操作、检修。本文结合实践经验对高压隔离开关如何改进提出一些看法并付诸实践。
一、高压隔离开关分类及用途
高压隔离开关分户外型和户内型，户外型包括单极开关及三极隔离开关，常用作把供电线路与用户分开的第一断路隔离开关；户内型往往与高压断路器串联连接，配套使用，以保证停电的可靠性。此外，在高压成套配电装置中，隔离开关常用作电压互感器，避雷器，配电所用变压器及计量柜的高压控制电器。
二、高压隔离开关改进的必要性
1、据部分省、市供电公司安全专业运行统计，我国现挂网运行的隔离开关、跌落式开关的故障率占配网运行故障率的63%以上。所产生非计划性大面积严重停电事故，造成严重的经济损失和不良社会影响。
2、隔离开关在电网上运行时如果出现故障，其维修时必须要断开上一级隔离开关。经过做好办票、停电、验电、短路接地等相关安全组织措施和技术措施后，才能对故障的隔离开关实施检修作业，导致计划停电时间及检修时间不易预控，延误计划检修时间，影响供电可靠性。所以高压隔离开关的创新改进势在必行。
三、高压隔离开关运行现状
现在主网、配网上运行的隔离开关都沿用60年代设计的产品，在系统运行中隔离开关发生的涉及到多方面的设计和质量问题，造成缺陷和故障比较多，引起电力部门的极大重视，已关系到主网、配网的安全运行。经常产生的故障是检修前需要拉开隔离开关时才发现，包括因长时间未进行分、合操作易产生无法拉开的故障。
1、瓷瓶断裂故障。2005年，徐州电网发生了2次瓷瓶断裂故障，一次是在运行操作中，一次是在施工接线过程中。瓷瓶断裂既与瓷瓶产品质量有关，也与隔离开关的整体质量及操作方法有关。操作人员在分合开关时操作方法不当、用力过猛也容易造成瓷瓶损坏。此外，2005年和2004年还发生了8节500kVSOPLT型开关支持瓷瓶开裂缺陷。
2、导电回路过热。问题多数是由于静触指压紧弹簧疲劳、特性变坏，静触指单边接触以及长期运行接触电阻增加而造成的。运行中如果工作电流较大，温升超过允许值，就会使其弹性变差，恶性循环，最终造成烧损，这是造成触头发热的主要原因。此外，触头的接触面积太小，且接触面的压力又不均衡，发生触头熔焊现象。触头镀银层工艺差、易磨损露铜，接触面脏污，触头插入不够、螺栓锈蚀造成线夹接触面压力降低等也是造成发热的原因。
3、机构问题。机构问题表现为操作失灵，如拒动或分合闸不到位，往往发生在倒闸操作时，影响系统的安全运行。开关操作的时间间隔长，多需进行分闸操作时才发现挂钩的金属件生锈卡死。挂钩的金属件大多数由铸铜件、铁材料制作，在户外运行时，在盐雾、酸雨的作用下产生电池反应从而生锈卡死。隔离开关的传动系统锈蚀造成传动阻力大，甚至出现传动困难，拒分拒合。
举例说明：
1、某国际品牌的隔离开关，其额定电流为600A。其动静触头的接触面积才84mm2，其触头的接触面积，实际上只有两条线。
2、某国内品牌的隔离开关，其动静触头的接触面积实际上只有36 mm2，只有两个接触点。
3、额定电流为600A的隔离开关，主回路的铜截面积应为120 mm2。但动静触头的接触面积比主回路的铜截面还小，当额定电流为600A的电流通过时触头发热严重，并产生恶性循环，使触头熔焊住，操作时拉不开，甚至发生开关爆炸、伤人，后发生火灾（前一阵子已有数例隔离开关爆炸伤人的事故发生过）。
四、新型高压隔离开关创新改进的措施
有鉴于此，本人专门对交流高压隔离开关的结构进行深入的研究，并尝试提出一系列创新改进措施并已付诸实践和批量生产，在省内外挂网运行，效果良好：
1、绝缘支柱采用环氧树脂浇注而成，永磁铁包覆在环氧树脂中。
在静触头的绝缘支柱上安装永磁铁，在动触头上安装供与永磁铁吸合的吸片。用永磁结构代替挂钩结构，克服挂钩式结构易产生虚扣或卡死现象。
2、改造动静触头的结构，动静触头的双刀片上各安装一吸片，构成双吸片。在旋转轴处增加导向片、在双刀板上安装分闸限位挡板，并在合闸后动触头的刀口与静触头接触处前后端以及动触头与旋转轴座接触处及其靠近进线端一侧都设有双弹簧螺丝固定动触头的双刀片，使双刀片与两端静触头均匀全面接触。从而实现把点、线接触形式改为面与面接触的形式。
3、人性化改造，方便操作与安装人员的措施。
3.1隔离开关的拉钩采用不锈钢板制作、板上加夜光显示。方便夜间分合闸操作。
3.2隔离开关的进、出线各采用一个方形孔，一个长方形孔，方便与设备线夹孔洞配合。
4、为了把隔离开关动静触头的结构有由原来的点、线接触改为面与面接触，有较大的难度，必须使动静触头的结构非常精准，左右位置只允许误差1mm。为此本开关采用三套的导向结构，使合闸时非常顺畅，一次合闸成功。
5、为了使动静触头的面与面接触压力均衡，使电流分布均匀，采用双通孔、弹簧结构（防止原设计的开关使用一段时间后，因磨损产生压力不够发热的现象）。在动触头上加装两对不锈钢压板使动静触头的接触面压力均衡，电流分布均匀，大量减少接触电阻，增加载流量。
6、进线端子与静触头采用高导电性能紫铜板一体冲压成型，出线端子与旋转轴及导向板也采用高导电性能紫铜板一体冲压成型，并都模铸在对应的绝缘支柱上，使得导电性能更优越，载流量更大，更安全。
7、静触头、旋转轴座两块铜板与动触头双刀片在铸造时采取保持同一方向，使得合闸时接触面积最大，接触电阻最小，同时也增大了操作安全性。
采用上述结构后，本交流高压隔离开关因为增加了永磁铁和吸片，合闸时可以借助磁性吸附合闸定位，分闸时只要克服磁性吸附作用力即可拉开，所以，分合都很顺畅，杜绝生锈卡死现象。同时，由于本开关动静触头接触面积达到1800mm2，动触头（开关）载流紫铜面积达到300 mm2，且动、静触头的接触压力均衡，开关触头的温升试验值仅为12K，另外，本开关的弹簧设计，其压力不受温升影响，寿命最长。
五、新型高压隔离开关采用的质材
1、采用进口户外环氧树脂类绝缘子，具有增水自洁、抗紫外线、不受气候影响老化的性能。
2、采用T2电解铜作为主要回路的载留流体，导电率达99.9%，平整度极佳。
3、主要配件采用304不锈钢制作。
六、新型高压隔离开关改造创新实践成果
由于本产品具有相当的创新性，在实施后积极申请国家专利。
1、目前产品已具有两项国家实用新型专利：证书号 ZL 2010 2 0605647.4；ZL 2010 2 0605040.2
2、本产品获：“2012年度海峡两岸职工创新成果奖”两项（由福建省电力有限公司专家组鉴定）。
3、该种隔离开关由国网厦门供电公司专家研制，由厦门智能达电控有限公司生产，现已在多省挂网试运行。
参考文献
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[2]成永红.电力设备绝缘检测与诊断------中国电力出版社
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[4]陈效杰.工厂企业电工手册------水利电力出版社
[5]张建平.电力设备检修技术问答------中国电力出版社
[6]周武仲，电力设备维修诊断与预防性试验（第2版）------中国电力出版社（2008）
[7]GB 1985-2004 高压交流隔离开关和接地开关
[8]国家电网公司 交流高压隔离开关和接地开关技术标准
[9]国家电网公司 高压开关设备技术监督规定